I-D型SBS改性沥青混合料AC-13C配合比设计

吴金清

(厦门捷航工程检测技术有限公司，福建 厦门 361009)

1 工程概况

汕头市东海岸新城项目中滨海大道(又称东海岸大道)是汕头市东海岸新城滨海主干道，全长16.4 km，道路红线宽度43～69.5 m，双向8车道，投资总额约44亿元。

随着城市经济与交通行业不断的发展，对交通路面条件的要求也越来越高。为提高路面的使用性能并延长路面寿命、行车安全性和舒适性，道路路面优先选用沥青混合料设计。但由于汕头市地处南方，全年平均气温21℃～27 ℃，属亚热带季风气候，若使用普通沥青会出现高温稳定性较差、易老化,严重影响到沥青路面的使用寿命,故在滨海大道路面工程建设中改性沥青混合料得到了广泛的应用。

SBS改性沥青混合料是一种技术含量与附加值较高的新型优质筑路材料，应用于路面可提高行车舒适性与安全。

据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)[1]中对聚合物改性沥青技术要求，SBS类(I类)分为A、B、C和D四个等级，其中I-D型适合在气温较高的地区的道路建设中应用[2]。根据工程特点和结合具体实际情况，汕头市滨海大道工程中有多段路面及桥面结构层设计采用I-D型SBS改性沥青混合料(AC-13C)作为路面上面层。

2 试验原材料

2.1 沥 青

本沥青混合料配合比设计沥青采用I-D型SBS改性沥青，生产厂家为茂名某公司。其主要性能检测结果见表1。

表1 I-D型SBS改性沥青主要检测结果

2.2 矿 粉

本沥青混合料配合比设计采用矿粉为生产厂家梅县建材厂，主要性能检测结果见表2。

表2 矿粉主要检测结果

2.3 细集料

本沥青混合料配合比设计采用细集料为本地石屑，公称直径0～5 mm，表观相对密度为2.672 g/cm3，颗粒级配检测结果见表3。

表3 细集料颗粒级配检测结果

2.4 粗集料

本沥青混合料配合比设计采用粗集料本地碎石，公称直接分别为5～10 mm和10～15 mm，主要检测结果及其颗粒级配检测结果见表4～8。

表4 5～10 mm碎石主要检测结果

表5 5～10 mm碎石主要颗粒级配检测结果

表6 10～15 mm碎石主要检测结果1

表7 10～15 mm碎石主要检测结果2

表8 10～15 mm碎石主要颗粒级配检测结果

注：据《公路沥青路面施工技术规范》中附录B.3.2条规定，当单一规格集料某项技术指标不合格，但不同粒径规格的材料按级配组成的集料混合料指标能符合规范要求时，允许使用[1]。

3 配合比设计

3.1 设计依据

沥青混合料配合比依据《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)[3]、《公路沥青路面施工技术规范》[1]和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)[4]等的相关规范进行设计。

沥青混合料必须在对同类型公路配合比设计和使用情况调查研究的基础上，充分借鉴成功经验，选用符合要求的材料进行配合比设计。本工程根据规范与经验选用马歇尔试验配合设计方法，确定最佳沥青用量及检验混合料各项性能指标。

3.2 矿料组成设计

混合料矿料级配应符合工程设计规定的级配范围，并满足公路等级、气候条件和交通量的需求。通常对夏季气温高且高温持续时间较长、重载交通多的路段，宜选用粗型(C型)密级配，并取较高的设计空隙率，根据新津河大桥上面层结构功能要求，选用密实式粗级配AC—13C。依据设计规范对原材料进行检验，组成混合料矿料级配范围需符合设计要求。

采用各原材料级配检测结果,计算各原料的用量比例,使合成的矿料级配符合规范要求，并使矿料合成级配曲线基本上与要求级配范围中值线相重合。本配合比设计合成级配组成见表9。

表9 合成级配组成

由表9所得本配合比设计矿料级配比例为：矿粉∶石屑(0～5 mm)∶碎石(5～10 mm)∶碎石(10～15 mm)=5%∶46%∶25%∶24%。

3.3 最佳油石比计算

根据实践经验选择适宜的沥青用量以0.5%间隔变化取5个油石比，用试验室的小型拌和机与矿料混合料拌和成沥青混合料，并击实成型马歇尔试件，要求击实温度160 ℃，锤击次数正反两面各75次，试件高度(63.5±1.3)mm。测定试件密度并计算空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率，检测马歇尔稳定度及流值等物理力学性质。

取马歇尔稳定度和密度最大值相对应的沥青用量(通常用油石比表示)为a1和a2，空隙率范围中值或目标空隙率对应的沥青用量a3，以及饱和度范围中值对应的沥青用量a4，最佳油石比计算表见表10。

表10 最佳油石比计算表

由表10计算表可得a1=5.50%；a2=5.60%；a3=5.35%；a4=5.45%；取OAC1=(a1+ a2+ a3+ a4)/4=5.48%。

OACmin=5.10%；OACmax=5.95%；取OAC2=(OACmin+OACmax)/2=5.52%，取最佳油石比OAC=5.5%。

3.4 目标配合比

综合分析，本I-D型SBS改性沥青混合料配合比设计取最佳油石比5.5%，混合料目标配合比见表11。并根据本配合比拌制沥青混合料马歇尔试件,检验其各项性能是否满足技术要求，试验结果见表12。

表11 I-D型SBS改性沥青混合料配合比比例

依据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2017)及《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的规定：此沥青混合料的各项指标符合沥青混合料配合比AC-13C的技术要求。

3.5 生产配合比

用于生产的施工配合比应根据当日各矿料及生产环境的影响进行筛分调整，各料仓进料比例应多次调整以达到供料平衡，确保施工配合比与设计配合比基本一致。由于拌和楼设备运作功能控制变量较多，并不能完全按预定设计工作，与试验室所用小型拌和机存在拌和偏差，故对油石比及矿料级配验证应考虑修正。

表12 沥青混合料马歇尔试验结果

4 问题、分析、对策和实践应用

在进行I-D型SBS改性沥青混合料配合比设计和生产过程中，存在的一些问题及对其解决分析(包括需要注意项)如下。

1)由于本工程沥青混合料拌和站位于广东东部的汕头市新溪镇，而I-D型SBS改性沥青生产方地处广东西部的茂名市，相距地势偏远，交通不便。这对改性沥青的运输和储存温度的保持有较高的要求，若到场温度低于140℃易使改性沥青黏度增大，导致泵送油管堵塞。对此本工程选用过

滤网较大的沥青泵过滤器，并加强对油管的保温措施，保证泵送顺畅。

2)生产配合比试拌过程中，由于初设干拌时间(10 s)过长导致集料棱角磨细和挤散泥块，故在拌和取料验证配合比时生产级配细颗粒增多，混合料空隙率减小。而初设湿拌时间(35 s)较短导致沥青对矿料裹覆不够，影响混合料均匀性。对此本工程将混合料拌和时间调整为：干拌5 s，湿拌40 s。

3)试验室马歇尔击实后测混合料密度与现场摊铺压实后取芯得到的混合料密度对比偏小，找寻原因发现为击实前使用的插刀对沥青混合料的插捣不完全。为此换用可插捣到试模底部的大螺丝刀，并注意插捣时不戳破底部纸片。

4)汕头地处东南沿海，高温多雨，湿度较大。I-D型SBS改性沥青对温湿度要求较高，在生产及摊铺应时刻保持对温湿度的监控，并密切关注天气情况做好预防措施，例如可在料场搭建防水棚阻止雨水侵湿影响。

5)2017年11月汕头东海岸大道使用SBS改性沥青混合料对整条道路进行摊铺，该公路通车两年多无出现各种病害。通过使用SBS改性沥青混合料，不仅显著延长沥青路面的使用寿命，降低维修成本，同时还保证了交通舒适、经济的运行服务能力。

5 结束语

通过对I-D型SBS改性沥青混合料配合比设计过程，得出以下经验和建议，可供相关类似工程参考。

1)可通过选用优质的沥青原料、良好的矿料级配及合适的沥青用量改善沥青混合料的空隙率、饱和度和稳定度等关键指标，从而完成满足要求的I-D型SBS改性沥青混合料配合比设计。

2)在保证改性沥青性能合格情况下宜选用就近改性沥青生产厂家，以减少沥青原料运输成本，保证原料运输温度。

3)生产配合比在拌和楼拌和过程中影响拌和因素较多，对混合料的路用性能的影响也多方面。故应该随时监测矿料仓供料情况，并抽取出料口和现场摊铺段的混合料进行试验，保证混合料生产质量。

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